Fiziğin Çözemediği Paradoks Yeniden Gündeme Geldi
Fizik dünyasının başını ağrıtan bir sorun var: Kuantum mekaniği atomlar ve fotonlar gibi küçük şeylerde mükemmel çalışıyor. Klasik fizik ise kahve kupanızın yere düşmesini ya da gezegenlerin yörüngelerini harika bir şekilde açıklıyor. Sorun şu—bu iki sistemi birleştirmeye çalışırdığınız anda her şey çöküyor.
İki farklı kullanım kılavuzu var elinizde ve ikisi de kendi alanında doğru, ama bir arada kullanmaya kalktığınızda tamamen çelişiyor. Bilim insanları neredeyse yüz yıldır bu soruna çözüm aramaya çalışıyor.
Kimsenin Beklemediği Ortadaki Kat
Paris-Saclay Üniversitesi'nden iki fizikçi bu tartışmaya ilginç bir bakış açısı getirdi. Acaba kuantum mekaniğinin üstünde her şeyi açıklayan başka bir seviye var mı?
Şöyle düşünün: şu anda kuantum dünyasının zeminde sıkışıp kalmışız ve bunun klasik dünyaya nasıl bağlandığını anlamaya çalışıyoruz. Ya da arada hiç fark etmediğimiz tam bir kat varsa?
James Hefford ve Matt Wilson adındaki araştırmacılar bu kuramsal yapıya "QBox" adını verdiler. İçinde yer alan konsept ise oldukça çılgın: hiperdekoherans.
"Hiperdekoherans" Anlamak (Başınız Dönmeden)
Biraz ön bilgi gerekecek ama mantıklı geliyor biliyor musunuz.
Şimdiki fizik bize hergün yaşadığımız klasik dünyanın var olduğunu çünkü kuantum sistemleri o kadar karmaşık ve dağınık hale geliyorlar ki bize klasik görünüyorlar diyor. Bu karışıklığa dekoherans denir. Bu yüzden tenis topunun aynı anda iki yerde bulunmadığını görüyoruz, elektron ise bulunabiliyor.
Ama işin acayip yanı şu: ya dekoherans kendisi de daha üst bir seviyede oluyor da bunu göremiyoruz? Ya kuantum mekaniği de tıpkı klasik fizik gibi aslında daha temeli oluşturan bir kuramın çok karışık olduğu bölgelerde görünüyor sadece?
İşte bu hiperdekoherans. Dekoherans gibi ama biraz daha yukarı bir seviyede.
Yolu Kesen Matematiksel Kanıt
2018 yılında Ciaran Lee ve John Selby isimli fizikçiler hiperdekoherans fikrini matematiksel olarak imkansız göstermişti. Kanıtladıklarına göre, bu tür bir kuramın iki temel kurallı birinden çiğnemesi gerekiyordu:
- Nedensellik — zamanın geçmiş zaman başından gelecek zamana doğru akması
- Saflaştırma — bir sistem hakkındaki eksik bilgilerin hep çevrenin eksik bilineni ne ise ondan kaynaklanması
Kanıtları basitçe şunu diyordu: "Birini seç. İkisine de sahip olamayacaksın." Matematik dilinde bu bir kapı kapatma teoremleridir (no-go theorem).
Hefford ve Wilson Nasıl Çıkış Yolu Buldu
İşte burada zeka devreye giriyor.
İki şartı da sağlamak yerine, ikili sordu: "Ya sağlamasak ne olurdu?" Kuralları biraz gevşettiler ve aniden imkansız görünen şey mümkün oldu.
QBox modeli nedensellik umursamıyor hiç. Bile bile nedenselliği yok sayıyor—zaman içinde öngörülebilir bir şekilde akması gerekmeyebiliyor. Güzel kısım ise saflaştırma kuralını da biraz esneterek onu sağlıyorlar.
Eski sistemde bir boşluk bir belirli eksik bilgiye denk geliyordu. QBox'ta birçok kuantum durumu aynı saflaştırmaya denk gelebiliyor. Kırmızıya sadece belirli bir ton değil, magenta, mercan ve yakın renkler de dahil etmek gibi.
Neden Bu Mantıklı Geliyor
"Bekle, kuralları değiştirmişler mi?" diye düşünüyor musunuz?
Evet, ve bu tamamen akla yatkın.
Düşün: kendi numaranız pantolona ihtiyacınız var, kırmızı yok, o zaman pantolonun imkansız olduğu sonucuna varmıyorsun değil mi. Kırmızının tanımını gevşetip magentaya bakmaya karar verirsin. Sorun çözülmüş. O kısıtlama temel bir şey değildi sadece öyle görünüyordu.
Burada da aynı şey oluyor. Nedensellik her zaman önemli görünüyordu fizikte, ama bu sistem için temel olmayabilir. Belki saflaştırma çok daha kritik ve onu biraz gevşeterek Hefford ve Wilson ihtiyaç duyduğu boşluğu bulmuş.
Niye Bu Sizi İlgilendirmeli
Akademik gevezelik değildir bu (tamam, biraz öyle) ama eğer hiperdekoherans gerçekse, realiteyi anladığımız şekli tamamen değişir. Anlamı:
- Kuantum mekaniği gerçekliğin en alt katı değil, ortadaki kat
- Kuantum fiziğinin üzerinde başka bir fizik var ki o da kuantum fiziği üreterek klasik dünyanın oluşmasına benziyor
- Birleşik bir kuram ararken durmadan bir fizik seviyesini gözden kaçırmışız
Çılgınca geliyor ama fizik tarihine bakın—bilim insanları bir binada sadece bir katı görmektense çok daha büyük bir yapının olduğunu fark etme momentleriyle doludur.
Asıl Başarı Ne
Dürüst olmak gerekirse QBox yanlış çıksa bile, Hefford ve Wilson'ın yaptığı önemli. Lee ve Selby'nin kanıtını "hiperdekoherans imkansız" diye almayıp, "hangi kısıtlamalar gerçekten gerekli, hangileri varsayım?" diye sordular.
Bu tür sorular—temeli saymış gözüken şeyler hakkında centilmen şüphe—bilimi ileri taşıyan şey. Bazen everything (her şey) kuramı egzotik bir parçacıkta gizli değildir. Bazen de "temel" diye saydığımız bir varsayımın aslında hiç temel olmadığını fark etmekte gizlidir.
QBox o anahtar olabilir. Ya da uzun çıkmazlı fizik yolunun bir ilginç sapması olabilir. Her iki durumda da tartışma devam ediyor—ve işte şu anda teorik fiziğin ihtiyacı olan tam bu.